Junta T uniplanar entre escora RHS e corda H/I

Descrição

É estudada uma junta T uniplanar de uma escora de secção oca retangular a uma corda de secção aberta, localizada numa treliça. A escora RHS é soldada diretamente à corda H ou I, secções abertas, sem utilização de chapas de reforço. A previsão pelo método dos elementos finitos baseado em componentes (CBFEM) é verificada com o método dos modos de rotura (FM) implementado na EN 1993-1-8:2005.

Modelo analítico

Ocorrem três modos de rotura na junta T uniplanar de secções ocas retangulares soldadas a secções abertas: a cedência local da escora, designada por rotura da escora, a rotura da alma da corda e o corte da corda. Todos estes modos de rotura são analisados neste estudo; ver Fig. 7.4.1. As soldaduras são dimensionadas para não serem o componente mais fraco numa junta, de acordo com a EN 1993-1-8:2005. Os elementos das treliças são carregados por forças normais e momentos fletores. O ponto de aplicação das forças internas da junta T é descrito da seguinte forma:

Corda H/I carregada axialmente

As forças normais na corda à direita e à esquerda de uma junta T atuam na direção do eixo longitudinal da corda.

Corda H/I carregada por difração

Os momentos fletores à direita e à esquerda de uma junta T no plano da junta T são considerados na corda, e estes momentos fletores rodam em torno de um dos eixos no plano da secção transversal da corda para rotação no plano da junta T.

Escora RHS carregada axialmente

A força normal na escora de uma junta T atua na direção do eixo longitudinal da escora.

$$\textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 7.4.1 Principais modos de rotura a) rotura da alma da corda, b) corte da corda (em caso de folga), c) rotura da escora}}}$$

A resistência da alma da corda é determinada utilizando o método indicado na secção 7.6 da EN 1993-1-8:2005, descrito em (Wardenier et al., 2010). As tensões provenientes da escora são transferidas através do banzo da corda para uma área efetiva da alma da corda. Esta área localiza-se na alma da corda no ponto onde as paredes da escora cruzam a alma da corda. O valor de cálculo da resistência axial da junta é o mínimo dos valores de cálculo das resistências:

Rotura da alma da corda

$$N_{\mathrm{i,Rd}} = \frac{f_{\mathrm{y0}} \cdot t_{\mathrm{w}} \cdot b_{\mathrm{w}}}{\sin(\theta_{\mathrm{i}}) \cdot \gamma_{\mathrm{M5}}}$$

Corte da corda

$$N_{i,\mathrm{Rd}}=\frac{f_\mathrm{y0}\,A_\mathrm{v}}{\sqrt{3}\,\sin\theta_\mathrm{i}\cdot \gamma_{\mathrm{M5}}}$$

Rotura da escora

$$N_{i,\mathrm{Rd}}=2\,f_\mathrm{y1}\,t_\mathrm{1}\,p_{\mathrm{eff}}/\gamma_{\mathrm{M5}}$$

onde

$$p_{\mathrm{eff}}=t_\mathrm{w}+2r+7\,t_\mathrm{f}\,\frac{f_\mathrm{y0}}{f_\mathrm{y1}}$$

e $A_\mathrm{v}$ é a área de corte efetiva.

O valor de cálculo da resistência ao momento fletor da junta é o mínimo dos valores de cálculo das resistências:

Rotura da alma da corda

$$M_{\mathrm{ip,Rd}} = \frac{0.5 \, f_{\mathrm{y0}} \, t_{\mathrm{w}} \, b_{\mathrm{w}} \, h_1}{\gamma_{\mathrm{M5}}}$$

Rotura da escora

$$M_{\mathrm{ip,Rd}}=f_\mathrm{y1}\,t_\mathrm{1}\,b_{\mathrm{eff}}\,(h_\mathrm{1}-t_\mathrm{1})/\gamma_{\mathrm{M5}}$$

onde

$$b_{\mathrm{w}} = \frac{h_1}{\sin \theta_{\mathrm{i}}} + 5 \cdot t_{\mathrm{f,0}} + r \;\leq\; 2 \, t_{\mathrm{i}} + 10 \cdot (t_{\mathrm{f,0}} + r)$$

$$b_{\mathrm{eff}}=t_\mathrm{w}+2r+7\,t_\mathrm{f}\,\frac{f_\mathrm{y0}}{f_\mathrm{y1}}$$

Uma visão geral dos exemplos considerados carregados por força axial é descrita no Tab. 7.4.1. Uma visão geral dos exemplos considerados carregados por momento fletor é descrita no Tab. 7.4.2. A geometria de uma junta com dimensões é apresentada na Fig. 7.4.2.

$$\textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 7.4.2 Geometria da junta com dimensões}}}$$

Tab. 7.4.1 Exemplos de juntas carregadas por força axial 

Tab. 7.4.2 Exemplos de juntas carregadas por momento no plano

Verificação da resistência

O estudo centrou-se na comparação dos modelos de rotura e na previsão do valor de cálculo da resistência. Os resultados são apresentados nos Tab. 7.4.3 e 7.4.4.

Tab. 7.4.3 Comparação do CBFEM e FM para força axial na escora

Tab. 7.4.4 Comparação do CBFEM e FM para momento no plano na escora

O estudo de sensibilidade mostra boa concordância para todos os casos de carga aplicados. No método CBFEM, o arredondamento da parede da secção transversal aberta é simplificado, o que conduz a uma estimativa conservadora da tensão na diagonal ligada e à hipótese de capacidade resistente até 15 %. Para ilustrar a precisão do modelo CBFEM, os resultados dos estudos paramétricos são resumidos num diagrama que compara os valores de cálculo das resistências pelo CBFEM e pelo FM; ver Fig. 7.4.3.

$$\textsf{\textit{\footnotesize{ Fig. 7.4.3 Verificação do CBFEM face ao FM para força axial e momento fletor na escora}}}$$

Domínio de validade

O domínio de validade, no qual o CBFEM é verificado para juntas T entre secções ocas retangulares e secções abertas, é definido na Tabela 7.20 da EN 1993-1-8:2005, ver Tab. 7.4.5. Em caso de aplicação do modelo CBFEM fora do domínio de validade do FM, deverá ser preparada a validação com ensaios experimentais ou a verificação com um modelo de investigação validado para comprovar a qualidade da previsão.

Tab. 7.4.5 Domínio de validade das juntas T

Exemplo de referência

Dados de entrada

Corda
• Aço S235
• IPN280

Escora
• Aço S235
• RHS 140×80×10

Dimensão da malha
• 16 elementos na maior alma do elemento oco retangular

Resultados

• Valor de cálculo da resistência à compressão/tração F_c,Rd = 457 kN (Importa notar que a resistência foi calculada utilizando a função "Parar na deformação limite". Consequentemente, a resistência CBFEM real pode ser marginalmente superior.)

• O modo de colapso é a plastificação da corda

$$\textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 7.4.4 Exemplo de referência para corda IPE270 e escora RHS 140×80×10}}}$$